1、2 0 1 4 年 第 8 期 (总 第 2 9 8 期 ) Nu mb e r 8 i r l 2 01 4( To t a l No 2 9 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 8 0 1 7 粉煤灰混凝土抗压强度和成熟度之间的规律研究 胡立志 ,刘士清 ,宋正林 。周建文 ( 1 中建商品混凝土有限公司,湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ;2 湖北省建筑工程质量监督检验测试中心 ,湖北 武汉 4 3 0 0 7 0
2、 ) 摘要: 通过设置不同的养护温度, 研究了不同强度等级粉煤灰混凝土抗压强度和成熟度之间的规律 , 结果表明粉煤灰混凝土的 抗压强度和成熟度之间呈 l n ( x ) + b的对数曲线关系, 混凝土强度等级越高, 粉煤灰掺量越高 , 参数 n 越大, b 越i J x ; 通过计算发现 其等效成熟度高于 6 0 0 d 。 关键词: 抗压强度 ;成熟度 ;等效成熟度 中图分类号: T U 5 2 8 O 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 8 0 0 6 1 0 3 S t u d y o n t h e l a w b e t w
3、e e n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d m a t u r i t y d e gr e e o f f l y a s h c o n c r e t e HULi z h i , L U Sh i q i n g , SONG Zh c n g l i n , ZHOUJ i a nwe n ( 1 C h i n a Co n s t r u c t i o n Re a d y Mi x e d Co n c r e t e C o , L t d , Wu h a n 4 3 0 0 7 0, C h i n a
4、 ; 2 Hu b e i P r o v i n c i a l Ce n t e rf o r Qu a l i t yS u p e r v i s i o na n dT e s t o f Co n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g , Wu h a n4 3 0 0 7 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e l a w b e t we e n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d ma t u r i t y d e g r e e o
5、f d i ff e r e n t s t r e n gth gra d e f l y a s h c o n c r e t e h a s b e e n s t u d i e d b y t h e me ans o f d i f f e r e n t c u r i n g t e mp e r a tur e , t h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e e q u a t i o n o f t h e l a w wa s y = a l n ( x ) , t h e p a r a me t e r 口 wa s i
6、 n c r e a s e d b yt h emi x i n ga mo u n t o f fl ya s hi n c r e a s e d, a n dp a r a me t e r 6wa s o p p o s i t e , andt h e e q u i v a l e n t ma tur i tywa s h i g h e r t h a n6 0 0 d K e y wor d s : c o mp r e s s i v e s t r e n gth ; ma tu r i ty d e g r e e ; e q u i v a l e n t ma t
7、ur i ty 0 引 言 高性能混凝土由于利用 了活性矿物掺合料 , 因此 , 抗压 强度发展规律有别于普通混凝土 。 为了准确反应高性 能混 凝 土抗压 强度发展规律 , 英 国学者绍尔 ( A S a u 1 ) 曾提 出了 成熟度的观点 , 认为混凝土抗压强度的增长规律是与养护 温度和养护时间正相关的 , 是养护温度和养护时间的函数 , 其数学表 达式是二 者的乘积 。 G e e r t D e S c h u t t e r 等人通过 化学热力学 、 数学模型的方法证 明了水泥水化程度与硅酸 盐水泥成熟度 的概念等价 , 对于硅酸盐水泥来说 , 水 泥成 熟度和水泥水化程度预测混凝
8、土强度是同效 的, 为成熟度 概念提供 了理论依据口 - 2 1 。 大量研究表 明, 在混凝土材料 、 配 合 比相 同的情况下 , 只要成熟度相 同, 其强度是一致的。 因此 , 利用成熟度进行 混凝土抗压强度 的预测要 比通 过混凝土的养护龄期预测更 为准确 , 本研究开展 了不同强 度等级粉煤灰混凝土 的成熟度和抗压强度之 间的规律 , 为 利用成熟度预测混凝 土抗压强度提供了依据。 1 试 验 材 料 胶凝材料 : 水泥采用 P 04 2 5 级水泥 , 物理性能见表 1 , 化学成分见表 2 ; 粉煤灰采用 I I 级灰 , 化学成分见表 2 。 骨料: 细骨料采用中粗河砂 , 细
9、度模数 2 7 , 含泥量 1 0 , 泥 块含量 0 ; 粗骨料采用 5 - 3 1 5 n l r n 连续级配碎石, 含泥量 0 5 。 收 稿 日期 :2 0 1 4 - 0 2 0 4 表 1 水泥性能指标 减水剂和水 : 减水剂材料用 聚羧酸 高效 减水剂 , 固含 量 1 0 , 减水率 1 8 ; 拌和水采用 自来水 , 符合 混凝土拌 和用水标准 。 2试 验 方 法 本研究采用砂浆试验反 映成熟度 和水泥水化之 间的 规律 , 然后在此基础上开展成熟度和混凝土抗压强度之 间 的规律研究 , 通过采用标准养护 、 3 0 、 4 0三种养护条件设 置不同成熟度条件 。 砂浆试
10、验 : 试验配合 比见表 3 , 抗压试件采用 4 O mlT I X 4 0 m mx l 6 0 m m三联胶砂试模成型, 砂浆抗压强度试验依据 G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检验方法( i s o法) 进行。 混凝土试验 : 混凝 土试验配合 比见表 3 , 混凝土抗压强 度试验依据 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 方法标准 。 成熟度计算采用下式进行计算 : ( 1 0 ) ( 1 ) 式中 : M 表 3 试验配合比 一 混凝 土成熟
11、度 , d ; 一混凝 土养护温度 , ; 温度 持续的时间 , d 。 3 试验 结果及 分析 3 1 砂浆试验结果 测试不 同养护龄期 和养护条件下砂浆试块 的抗压强 - 6 2 5 O 4 0 3 0 20 6 O d 50 室4 0 置3 0 20 l0 70 6 0 警5 0 l 40 30 0 4 度 , 采用式 ( 1 ) 进行成熟度计 算。 砂浆试块抗 压强度一 养护 龄期曲线和抗压强度一 成熟度曲线如图 1 、 2所示 。 图 1 的试验结果表 明, 随着养护温度的提高 , 砂浆试块 的抗压强度发展速度越高 , 抗压越大。 采用抗压强度一 养护 5 0 40 3 0 2 0
12、1O 1 2 1 6 2 O 2 4 2 8 0 龄期 , d ( a ) C 3 0 0 4 1 2 1 6 2 O 2 4 2 8 龄期 , d ( c ) C4 0 0 4 I 2 1 6 2 O 2 4 2 8 龄 期 , d ( e ) C5 0 0 4 6 0 5 0 40 3 0 2 0 1 0 7 0 6 0 5 0 40 30 90 8 0 7 0 6 0 5 0 40 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 l 2 0 0 成熟度 C c d ) ( b ) C 3 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0
13、0 成熟度 C c d ) ( d ) C 4 0 O 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 成 熟度 ( d ) ( 0C5 0 8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 龄 期 , d 成 熟度 ( d ) ( g ) C6 0( h ) C6 0 图 1 砂浆试块抗压强度一 养护龄期、 抗压强度一 成熟度 曲线对比 隈拦 _ 。 , - 。 。 。 L B d 苫、 隧幽嚣 日 d I 苣 鼎出 越魑 B d 暇 舳 如 B d 吾 5 学兔兔 w w w .x
14、 u e t u t u .c o m 0 1 9 5 l n f 1 0 2 8 3 R = O 9 5 3 : C3 0 y= 0 1 8 5 l n ( x 1 0 2 1 5 R = 0 9 5 1 : C 4 0 y= 0 1 6 4 1 n ( x ) 0 0 5 9 R = 0 9 9 5 ; C5 0 y =0 1 3 5 l n ( x 1 + O 1 2 8 R = 0 9 69 ; C6 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 成熟度 C C d 1 图 2砂 浆 抗压 强度一 成 熟度 曲线 龄期曲线对抗压强度发展规律进行
15、表征 , 不 同养护温度下 强度发展规律曲线之间的差距较大 , 而采用抗压强度一 成 熟度曲线对抗压强度发展规律进行表征时 , 不 同养护温度 下强度发展规律曲线之 间的差距较小 。 对 比两种 曲线可 以 发现 , 可 以说明采用成熟度对抗压强度发展规律进行预测 表征 , 可 以有效提高结果 的准确性 。 图 2的试验结果表 明 , 在 成熟度低 于 2 0 0 d时 , 胶 凝材料水化速率较快 , 抗压强度发展速率较大 , 在成熟度 高于 4 0 0 d 后 , 抗压强度期发展较慢 。 抗压强度 和成熟 度之间的规律呈良好的对数曲线关系, 不同强度等级之间 规律性一致, 曲线方程为户。 l
16、 n ( M) + b ( 厂 为相对强度, 为 成熟度 ) , R0 9 5 , 参数 a 反 映抗压强度发展速率大小 , 取 值范 围为 0 1 0 2 , 参数 6反映初期 的抗压强度 , 取值范 围 为一 0 3 0 2 。 随着砂浆强 度等级 的提高 , 参数 n 逐渐减小 , 参数 b 逐渐增加 。 3 2混 凝 土 试 验 结 果 测试不 同养 护条件 和养护 龄期 的混凝土试块抗压强 度 , 采用式 ( 1 ) 计 算成熟度 , 抗压强度一 成熟度 的拟合结果 如图 3 所示。 以标准养护 2 8 d的抗压强度为基准抗压强度 计算各养护龄期 的相对抗压强度。 1 O 孥0 8
17、晕 0 - 6 O 4 系列 1_系列2 系y w 3系列4 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 成熟度 C c d ) 图 3 混 凝土 抗压 强度 一 成熟 度关 系 曲线 图 3 的试验结果表明, 在成熟度低于 2 5 0 N 3 0 0 d 时 , 胶凝材料水化速率较快 , 混凝土抗压强度发展较快, 在成 熟度 高于 4 0 0 d 后 , 抗压强度期发展较慢 , 曲线逐渐平 缓 。 图 3 的试验结果混凝 土抗压强度和成熟度之间呈较好 的对数 曲线关 系 , 曲线 方程 为 y = 。 l n ( M) + b ( y为相对 强 度, 为成熟度) , R
18、I0 9 0 , 高强度等级( c 5 o和 C 6 0 ) 混凝 土曲线稍微波动 , 相关性系数相对较低 。 参数 a 反映抗压 强度 发展速率大小 , 取值范 围为 0 1 0 2 , 参数 b 反映初期 的抗 压强度 , 取值 范围为一 0 3 0 4 , 不 同强度等级之间曲线 规律性一致 , 随着混凝土强度等级 的提高 , 参数 a 逐渐减 小 , 参数 b 逐渐增加 。 砂浆和混凝土“ 相对抗压强度一 成熟度” 曲线规律一致 , 且方程参数 a , b随强度等级增长的变化规律一致 , 可能是 因为 : 对于高强度等级砂浆和混凝土 , 胶凝材料用量较 高, 粉煤灰掺量较低 , 胶凝材
19、料 的水化速度较快 , 在成熟度较 低时 , 就 已经生成 了较多 的水化产物 , 水化产物 的生成和 迁移速率不平衡 , 水化产物富集在未水化水泥颗粒表面 , 使 得早期强度发展较快 , 但 是同时也阻碍了未水化水 泥颗粒 的继续水化 , 影响了水化产物的结构 , 使得后期抗压强度发 展较低 。 对于低强度等级砂浆和混凝土 , 胶凝材料用量较 低 , 且粉煤灰掺量 比例较高 , 虽然降低 了胶凝材料 的水化 速率, 降低了早期抗压强度, 但是由于水化速率较低, 使得 水化产物的生产速率低于向外迁移速率 , 有利于水化产物的 分布, 改善水化产物 的结构 , 同时可使水分继续 向里渗透 , 让
20、未水化水 泥颗粒继续水化 , 有利于混凝土后期抗压强度 发展 , 粉煤灰掺量越高 , 后期抗压强度增长效果越显著 。 根据 图 2和图 3的试 验结果 , 令 M = 6 0 0 , 对方程 n l n ( M) + b进行求解 , 即可以计算出在成熟度为 6 0 0 d 时 的相对强度 , 令 y = l , 可 以计算达到标 准养护 2 8 d抗压强 度时所需要的等效成熟度。 计算结果见表 4 所示。 表 4 相对强度和等效成熟度计算结果 表 4的计算结果表明, 随着强度等级的降低, 也就是 粉煤灰掺量增加 , 相对抗压强度有一定 的降低 , 即同条件 养护强度相对于标准养护强度发展较慢
21、。 在 6 0 0 d时的 抗压强度 比其标准养护 2 8 d强度略低 , 相对强度一般可达 9 7 左右 , 混凝土强度 等级越低 , 粉煤灰掺量越大 , 相对抗 压强度越小 。 随着强度等级 的提高 , 在达到标准养护 2 8 d 龄期强度 时 , 所需成熟度降低 , 但是均大于 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2中关 于 同条件 养护等效 养护龄期 的相关 规定 的 6 0 0 d 。 由于 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2的出发 点是混凝 土结 构 的实体 验收 , 考 虑到同条件养护混凝 土试块有失水等情况 , 因此并不相矛 盾 , 本试验研究从侧面验证了 G
22、B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2的合理 I生3 - 。 粉煤灰 由于其具有 良好 的火 山灰活性效应 和微集料 效应在混凝土 中得到了广泛 的应用和推广 , 由于其活性相 对偏低 , 因此 , 在掺人粉煤灰后 昆 凝 土的水化进程在早期 发展较慢 , 因此 , 在其他因素一致 的条件下 , 随着粉煤灰掺 量的增加其养护龄期也予以相应延长 。 4结 论 ( 1 ) 采用抗压强度一 成熟 度曲线 关系预测混凝 土抗压 强度的发展规律 比抗压强度一 养护龄期 曲线关系要更为准 确 , 不 同养护条件下曲线之间的差距较小 。 下转第 7 3页 6 3 2 0 8 6 4 2 0 O O 0 谜
23、黑靛霉 强 2 l 0 0 m o o 槲 鳃 一 一 一 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 参考文献: 1 邵正明, 周建启, 仲朝明, 等 C G M高性能水泥基灌浆材料的性 能研究【 J J_ 混凝土 , 2 0 0 7 ( 1 1 ) : 9 8 1 0 1 【 2 】肖沿亮 , 方坤河 , 高钟伟 超早强微膨胀自密实灌浆料的研究 混凝土 , 2 0 0 4 ( 4 ) : 5 1 5 3 3 黄政宇, 钱峰D S P早强高强灌浆料综合性能研究 J 湖南大学 学报: 自然科学版, 2 0 0 9 , 3 6 ( 8 ) : 1 8 2 2 4 1肖
24、沿亮, 方坤河, 高钟伟 超早强微膨胀自密实灌浆料的研究【 J 混凝土 , 2 0 0 4 ( 4 ) : 5 1 5 3 上接第 6 0页 【 3 C a r p i n t e r i A F r a c t a l n a t u r e o f ma t e r i a l mi c r o s t r u c t u r e a n d s i z e e f f e c t s o n a p p a r e n t me c h a n i c a l p r o p e r t i e s J Me c h a n i c s o f Ma t e ri a l s , 1 9
25、 9 4: 8 9 1 01 4 】D i a m o n d S A s p e c t s o f c o n c r e t e p o r o s i t y r e v i s i t e d J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , 1 9 9 9 , 2 9 ( 1 ) : 1 1 8 1 1 1 8 8 【 5 】郭伟 , 孙伟 分形理论及其在混凝土材料研究中的应用硅【 J J 硅 酸盐学报 , 2 0 1 0 , 3 8 ( 7 ) : 1 3 6 2 1 3 6 8 【 6 唐明 混凝土孔隙分形特征的研究 J
26、 1 混凝土 , 2 0 0 0 ( 8 ) : 3 - 5 7 】唐明 压汞测孔评价混凝土材 料孔隙分形特征的研究 J 1 沈阳 建筑工程学院学报: 自然科学版, 2 0 0 1 , 1 7 ( 4 ) : 2 7 2 2 7 5 【 8 唐明, 李晓 多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响研究【 J l _ 沈阳建筑工程学院学报: 自然科学版, 2 0 0 5 , 2 1 ( 5 ) : 2 3 2 2 3 7 【 9 1唐益群, 张曦 地铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土分形 研究 J _ 土木工程学报 , 2 0 0 7 , 4 0 ( 1 1 ) : 8 6 9 1 【 l 0 李琴琴
27、 , 潘钢华碳化一 荷载耦合作用下混凝土微结构的研究 D 东南大学 。 2 0 1 2 【 1 1 尹红宇 , 赵艳林 碳化水泥砂浆分形特征研究 混凝土, 2 0 0 9 上接第 6 3页 ( 2 ) 混凝土抗压强度和成熟度之问存在 良好的规律性 关系 , 抗压强度随成熟度呈对数 曲线关 系 y l n ( M) + b , 参 数 a 反映抗压强度发展速率大小 ,取值范围为 0 1 0 2 , 参 数 b反映初期的抗压强度, 取值范围为一 0 2 0 4 , 具体可以 通过试验进行确定 。 ( 3 ) 混凝 土强度等级越 高 , 粉煤灰掺量越低 , 达到标准 养护 2 8 d 龄期 的等效成
28、熟度越小 , 但均高于 6 0 0 d 。 在成 熟度为 6 0 0 d 时 , 粉煤灰混凝 土的相对抗压强度低 1 , 即 低于标准养护 2 8 d 龄期的抗压强度 。 ( 4 ) 采用砂 浆法进 行抗压 强度一 成熟度规律性研究 和 直接采用混凝土试块进行研究结果规律性一致 , 能够为研 究提供较好的指导和佐证性 。 上接第 6 7页 【 1 1 A H N W, D G a l a v a n o s t a t i c T e s t i n g f o r t h e D u r a b i l i t y o f Ma r i n e C o n c r e t e u n d e
29、 r F a t i g u e L o a d i n g J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h, 2 0 0 1 ( 3 1 ) : 3 4 3 3 4 9 1 1 2 Y o n g L u C o m p a r a t i v e s t u d y o f s e i s m i c b e h a v i o r o f M u h i s t o r y r e i n f o r c e d c o n e r e t e f r a m e d s t r u c t u r e s J J o u r n a
30、l o f s t r u c t u r a l e n g i n e e r i n g , 2 0 0 2 , 1 2 8 ( 2 ) : 1 6 9 1 7 8 【 1 3 A N H K, M A R K T V, S T E WA R T G S t r u c t u r a l r e l i a b i l i t y o f c o n c r e t e b ridg e s i n c l u d i n g i mp r o v e d c h l o r i d e_ i nd u c e d Co r r o s i o n mo d e l s J S t r
31、 u c t u r a l S a f e t y , 2 0 0 0 ( 2 2 ) : 3 1 3 3 3 3 1 4 N GA L A V T, P AGE C L, P AGE M M C o r r o s i o n I n h i b i t o r S y s t e ms 5 杜纪锋, 叶正茂 , 芦令超, 等 高性能水泥基灌浆料试验研究【 J J 济 南大学学报: 自然科学版, 2 0 0 8 ( 1 ) : 1 1 - 1 4 作 者简 介 : 联 系地 址 联系电话 : 韩佃利( 1 9 8 8 一 ) , 男 , 在读硕士, 研究生, 主要从事土木 工程材料方面的研
32、究。 河北省唐山市新华西道 4 6号 河北联合大学建筑工 程学院办公室( 0 6 3 0 0 9 ) 1 3 8 3 2 8 7 0 09 8 ( 8 ) : 9 7 9 9 I 1 2 】 陈 , 彭建忠 水泥土强度的试件形状和尺寸效应试验研究f J 1 岩土工程学报 , 2 0 0 2 , 5 ( 2 4 ) : 5 8 0 5 8 3 【 1 3 陈鞋 , 髟建忠 对 水泥土强度的试件形状和尺寸效应试验研 究 讨论 的答复f J 1 岩土工程学报 , 2 0 0 4 ( 4 ) : 5 7 7 1 4 】 李海鹏 , 杨维好 试件形状对冻结粉土抗压强度影响的试验研 究f J 1 冰川冻土
33、报 , 2 0 0 5 , 6 ( 2 7 ) : 9 2 0 9 2 4 1 5 】 唐益群 , 张曦_ i 也铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土分形 研究【 J J 土木工程学报 , 2 0 0 7 , 4 0 ( 1 1 ) : 8 6 9 1 【 1 6 尹红宇, 赵艳林 混凝土中孔结构的分形特征研究【 D 1 _广西大学 硕士论文 , 2 0 0 6 作者简介 联系地址 联 系电话 : 韩萍( 1 9 9 1 一 ) , 女 , 硕士研究生。 江苏省南京市浦口区南京工业大学浦口校区 8 0 2 0信 箱 3 2 分箱( 2 1 1 8 1 6 ) l 8 5 51 7l 1 1 7
34、3 参考文献 : 【 1 】李发干j 昆凝土成熟度新论 昆 凝土, 2 0 0 2 ( 1 0 ) : 1 2 1 3 【 2 黄玉华, 刘松 混凝土成熟度的原理与应用f J 1 _ 国外建材科技, 2 0 0 4 ( 2 5 ) : 1 4 1 6 3 1刘本万 , 杨长辉 , 王自强 , 等 简化成熟度在粉煤灰混凝土同条 件养护早期强度推定中的应用 J 混凝土, 2 0 0 5 ( 6 ) : 1 1 7 1 1 8 【 4 罗启灵, 邢锋 权重成熟度法的合理简化 J 1 混凝土, 2 0 1 0 ( 4 ) : 2 5 -2 6 作者简介 联系地址 联 系电话 : 胡立志( 1 9 7
35、6 一 ) , 男, 高级工程师。 湖北省武汉市华光大道 1 8 号高科大厦 1 6 楼 中建商 品混凝士有限公司( 4 3 0 0 7 0 ) 02 7 8 7 7 81 1 1 7 for Re me di a l T r e a t me n t o f Re i n f o r e e d Co nc r e t e P a r t l: Ca l c i u m Ni t rit e Co r r o S c i , 2 00 2: 4 4 【 1 5 】 吴中 伟 , 廉慧珍 高性能 混凝土 f M 】 北京 : 中 国铁 道出版 社 , 1 9 9 9: 1 2 0 1 8 9 1 6 蒋林华, 洪锦祥, 肖玉明白云石石屑混凝土试验研究【 J 】 _ 工业建 筑 , 2 0 0 3 , 3 3 ( 4 ) : 4 6 4 8 作者简介 : 刘娟红( 1 9 6 6 一 ) , 女 , 博士, 教授。 联 系地址: 北京市海淀区学院路 3 0 号( 1 0 0 0 8 3 ) 联系电话: 1 3 9 1 0 8 9 3 6 8 0 73 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m